# Equilibragem de rotores e impulsores de compressores centrífugos no local de operação

> Um compressor centrífugo não perdoa aproximações. As rotações são altas, o rotor é muitas vezes flexível, os apoios são a óleo, e uma parte significativa da vibração vem não da massa, mas do gás. Vimos ao local medir e separar as causas: a componente de rotação (a vibração exatamente na frequência de rotação, designada 1x), a zona subsíncrona (frequências abaixo da de rotação), a frequência de passagem das pás, o regime de trabalho. Equilibramos aquilo que realmente se pode equilibrar no local, e sobre o resto entregamos um parecer com números.

**Em resumo:** Parcialmente. No local, nos próprios apoios da máquina, equilibramos impulsores em consola de máquinas de um só andar através de uma escotilha aberta, metades de acoplamento, extremidades livres de veios, rotores de motores elétricos de acionamento, polias e ventiladores de arrefecedores de óleo. Os rotores de compressores multi-andar em carcaça bipartida ou em barril, bem como os veios-pinhão de alta rotação de máquinas com multiplicador integrado, não se equilibram no local: os planos de correção estão dentro da parte de fluxo, o rotor comporta-se como flexível, e a tolerância ao desequilíbrio residual exige condições especializadas. Nesses casos, o nosso trabalho no local é a medição e a separação de causas: desequilíbrio, redemoinho de óleo, desalinhamento, desgaste da transmissão, surge, pulsações de pás. Recebe um parecer e um próximo passo claro, não arranques de ensaio ao acaso.

Source: https://axiline.pt/equipamento/equilibragem-rotores-impulsores-compressores-centrifugos-local/  
Publisher: AXILINE · Vila Nova de Gaia, Portugal · +351 931 831 229 · axilinegeral@gmail.com

## Três construções de rotor e três respostas diferentes

«Compressor centrífugo» numa instalação significa, no mínimo, três máquinas diferentes, e a questão da equilibragem no local resolve-se para cada uma em separado. Não olhamos para a placa de identificação, mas sim para quantos impulsores estão no veio, como está fechada a carcaça e se existe um multiplicador — um redutor elevador — entre o acionamento e o rotor.

Tudo se resume a uma única pergunta: existe um plano de correção ao qual se consiga chegar sem desmontar a parte de fluxo.

### Máquina de um só andar com impulsor em consola

O impulsor está projetado para fora do apoio de chumaceira, e a proteção retira-se ou abre-se uma escotilha. É o único grupo em que a equilibragem do impulsor no local é realista. O desequilíbrio vem da acumulação de produto, de erosão, de soldadura de reparação, da remontagem do impulsor no veio. Planos de correção: orifícios roscados de origem no disco principal, anel de equilibragem, porca do impulsor, metade do acoplamento na extremidade oposta.

### Rotor multi-andar com carcaça bipartida horizontal

Vários impulsores num veio comum, entre dois apoios de chumaceira. A metade superior da carcaça retira-se, mas os planos de correção estão dentro da parte de fluxo, e os impulsores estão montados com interferência. Não se pode tocar-lhes sem um protocolo do fabricante. No local restam a metade do acoplamento e a extremidade livre do veio, e isto está longe de ser sempre suficiente.

### Carcaça em barril

O rotor só se extrai como pacote interno, por inteiro, pelo topo. Não há qualquer acesso aos planos de correção no local. Um rotor destes equilibra-se em condições especializadas, normalmente montado e com controlo durante a aceleração.

### Máquina com multiplicador integrado

Os impulsores assentam nas extremidades de veios-pinhão, que rodam a partir da roda comum do multiplicador. As rotações do veio de alta velocidade medem-se em dezenas de milhares por minuto, e em cada medição está sempre presente, ao lado, a frequência de engrenamento da transmissão. A equilibragem deste veio não se faz no local. No local trabalhamos com a linha de baixa velocidade, o acionamento e o acoplamento.

> Registe o número de pás de cada impulsor e a relação de transmissão do multiplicador. Sem estes dois números, o espectro de uma máquina de compressor só se lê a metade: não vai separar a frequência de passagem das pás (o número de pás multiplicado pela rotação) da frequência de engrenamento, e vai tomar as duas por outra coisa qualquer.

## Rotações e tolerância: porque a margem aqui é mais curta

A força de uma massa desequilibrada cresce com o quadrado da velocidade angular. Numa máquina que roda várias vezes mais depressa do que um ventilador, o mesmo grama ao mesmo raio carrega o apoio de chumaceira proporcionalmente muito mais. Daqui resultam duas coisas práticas.

A primeira: a tolerância ao desequilíbrio residual nestes rotores está entre as mais rigorosas, e não se determina por analogia com a máquina vizinha, mas sim a partir das exigências do fabricante e da parte aplicável da ISO 21940, na edição em vigor. Como se escolhe a classe de precisão está tratado num artigo à parte.

A segunda: aqui, a massa de ensaio é perigosa. Num ventilador, coloca-se uma massa de ensaio com margem e vê-se o que resulta. Num rotor de alta velocidade, essa massa pode levar o nível a ultrapassar o limiar de proteção, sobrecarregar o apoio e danificar o local de fixação. Calculamos a massa de ensaio a partir do nível inicial e do incremento de força admissível, não por hábito.

- Escolhemos a massa de ensaio de modo que a resposta se leia com confiança, e o aumento de carga no apoio fique numa fração razoável do peso do rotor.
- Registamos o raio de instalação real, medido na máquina, não pelo desenho.
- Fixação apenas de origem: orifícios roscados, parafusos e anéis de equilibragem. Cola e ponto de soldadura estão excluídos num rotor de alta velocidade.
- Os limiares de alerta e de proteção por vibração são acordados com a sua equipa antes do primeiro arranque de ensaio.
- Se o fabricante limitar a massa total das massas de correção ou o número de orifícios ocupados, trabalhamos dentro desse limite e registamo-lo no relatório.

Sources: [ISO 21940-11:2016](https://www.iso.org/standard/54074.html)

## Rotor flexível e velocidades críticas

O método dos coeficientes de influência, em que assenta qualquer equilibragem no local, exige uma resposta repetível. O rotor tem de reagir da mesma forma à mesma massa, de arranque para arranque. Um rotor rígido roda com margem abaixo da primeira velocidade crítica — a rotação na qual o rotor entra em ressonância e se curva: a forma da deflexão não muda, e a correção encontrada mantém-se.

O rotor de um compressor centrífugo trabalha muitas vezes acima da primeira crítica. Ele curva-se, e a forma da deflexão depende da velocidade. Uma massa que remove a vibração às rotações de trabalho pode aumentar a amplitude ao passar pela velocidade crítica no arranque seguinte. Um rotor destes precisa de uma equilibragem por modos de vibração: vários planos e várias velocidades, não dois arranques de ensaio no local.

Quem decide tudo é a desaceleração — a medição durante a queda livre das rotações depois de desligar o acionamento. Registamos a amplitude e a fase (a posição angular) da componente de rotação na aceleração e na desaceleração, encontramos as velocidades críticas e vemos a margem até ao regime de trabalho. Se o pico estiver próximo, e a fase às rotações de trabalho variar de arranque para arranque, não haverá um resultado estável no local, e dizemo-lo no mesmo dia. Uma análise detalhada do comportamento de rotores flexíveis está num artigo sobre a velocidade crítica.

> Observamos em separado o empeno térmico. O gás quente e um aquecimento desigual do veio mudam a componente de rotação à medida que se atinge o regime. A medição só é feita com o estado térmico estabilizado, e registamos a temperatura. Uma máquina fria e uma máquina aquecida são dois objetos diferentes, e comparar os seus números não faz sentido.

Sources: [ISO 21940-12:2016](https://www.iso.org/standard/50429.html)

## Chumaceiras de deslizamento: o que fazem aos seus números

Quase todas estas máquinas assentam em chumaceiras de deslizamento. A película de óleo amortece, e a carcaça do apoio transmite para o exterior menos do que aquilo que o veio faz dentro da folga. Os números absolutos na carcaça parecem modestos mesmo com um movimento percetível do veio.

Isto tem pouca influência sobre a própria equilibragem: a amplitude e a fase da componente de rotação leem-se normalmente a partir da carcaça. Influencia muito a avaliação do estado. Se a máquina tiver proxímetros de origem — sensores sem contacto que seguem o deslocamento do veio dentro da folga —, comparamos os nossos números com o deslocamento relativo do veio, e as normas retiram-se da parte aplicável da ISO 20816 para o seu tipo de máquina, potência, rotações e tipo de apoios. As zonas para a vibração da carcaça e para o deslocamento do veio são escalas diferentes, e não se podem misturar.

- [x] Temperatura e pressão do óleo à entrada do apoio, tipo e viscosidade, estado do arrefecedor de óleo.
- [x] Folga no apoio e pré-carga dos segmentos, se o apoio for segmentado.
- [x] Carga sobre o apoio. Um apoio subcarregado é o terreno clássico para a instabilidade da película de óleo.
- [x] Posição axial do rotor e estado do rolamento axial (de encosto).
- [x] Temperatura da carcaça do apoio e o limite admissível para o acelerómetro em suporte magnético.
- [x] Canais de monitorização de origem: proxímetros, sensor de fase, limiares em vigor.

Sources: [ISO 20816-1:2016](https://www.iso.org/standard/63180.html) · [ISO 281:2007](https://www.iso.org/standard/38102.html)

## Zona subsíncrona: onde acaba o desequilíbrio

O desequilíbrio vive exatamente na frequência de rotação. Tudo o que está abaixo dela não tem relação com a equilibragem, e num compressor centrífugo a zona subsíncrona está densamente povoada. Analisamo-la antes de tirarmos as massas.

| O que se vê na medição | O que costuma ser | O que se faz com isso |
| --- | --- | --- |
| Pico aproximadamente entre 0,4 e 0,5 da frequência de rotação, acompanha as rotações quando estas mudam | Redemoinho de óleo: instabilidade da película de óleo na chumaceira de deslizamento | Folga, viscosidade, temperatura e pressão do óleo, carga sobre o apoio. A equilibragem não ajuda |
| O pico subsíncrono deixou de acompanhar as rotações, ficou preso perto da primeira crítica, a amplitude cresce | Chicote de óleo: o redemoinho apoderou-se da forma de flexão do rotor | Paragem e análise em conjunto com a sua equipa. É um estado perigoso, não um motivo para colocar massas |
| Componente subsíncrona aproximadamente entre 0,7 e 0,9 das rotações, aparece com a redução do caudal | Descolamento rotativo na parte de fluxo ou no difusor | Ponto de trabalho, aparelho diretor, recirculação. Não se trata com massas |
| Oscilações de pressão e caudal de frequência muito baixa, a máquina «respira», o fluxo inverte | Surge: instabilidade do sistema compressor e rede | Regulação anti-surge, regime, tubagem. Não tem relação com o desequilíbrio |
| Pico no número de pás multiplicado pela rotação, e as suas harmónicas | Frequência de passagem das pás e pulsações de gás, folga reduzida entre o impulsor e o difusor, acústica do coletor | Regime, folgas, apoios da tubagem de descarga |
| Pico na frequência de engrenamento do multiplicador, com bandas laterais | Desgaste ou defeito da transmissão | Diagnóstico da transmissão. Fazemos a equilibragem de cada veio em separado |
| Domina a componente de rotação, a fase repete-se de arranque para arranque, o nível não depende do regime | Desequilíbrio | Equilibragem, se existir um plano de correção acessível |

> A última linha é a mais útil. Uma vibração indiferente à válvula, ao caudal e à pressão é mecânica, e é essa que reduzimos com massas. Tudo o que muda junto com o regime resolve-se através do processo. Como ler o espectro passo a passo está descrito no nosso material sobre o espectro de vibração.

Sources: [ISO 13373-3:2015](https://www.iso.org/standard/40840.html)

## Como decorre a visita

1. **Acordamos os limites de intervenção antes da deslocação** — Reunimos os dados: tipo de máquina, rotações de cada veio, relação de transmissão, número de pás, tipo de apoios, existência de proxímetros, exigências do fabricante. É aqui também que decidimos o que é sequer permitido tocar. Se a resposta for «nada», vamos para um diagnóstico, e sabe disso com antecedência.
2. **Medição inicial em regime estabilizado** — Dois acelerómetros nos apoios de chumaceira, ímanes sobre uma zona plana e limpa, direção radial-horizontal, igual em todos os arranques. Sensor de fase a laser sobre a marca refletora do veio que se está a equilibrar. Numa máquina com multiplicador, uma marca no veio errado invalida toda a medição.
3. **Aceleração e desaceleração** — Registamos a amplitude e a fase do 1x com a mudança de rotações, encontramos as velocidades críticas, as ressonâncias do chassis e da tubagem, avaliamos a margem até ao regime de trabalho.
4. **Separação de causas** — Comparamos o nível total com a componente de rotação, analisamos a zona subsíncrona, a segunda harmónica junto com a vibração axial, as frequências de passagem das pás e de engrenamento, a zona de alta frequência dos rolamentos. Se o desequilíbrio não se confirmar, paramos aqui. É um desfecho normal e frequente.
5. **Equilibragem do que está acessível** — Se o desequilíbrio estiver confirmado e o plano de correção estiver acessível, avançamos com a massa de ensaio pelo método dos coeficientes de influência: pela resposta da máquina à massa de ensaio, o programa calcula a massa de correção e o ângulo. Um plano é o arranque inicial mais um de ensaio; dois planos são o inicial mais dois de ensaio, mais o de controlo. Cada arranque significa uma paragem, o alívio de pressão e a abertura do acesso.
6. **Arranque de controlo e afinação** — Repetimos no mesmo regime e à mesma temperatura. Se o nível baixou, mas o valor-alvo não foi atingido, o programa calcula um acréscimo às massas já instaladas. Guardamos os coeficientes de influência: a próxima afinação decorrerá sem novos arranques de ensaio.
7. **Parecer** — Entregamos os números antes e depois em cada apoio, os espectros e o sinal no tempo, as condições da medição, os locais e as massas das correções, e ainda uma lista à parte do que não se resolve com equilibragem, com prioridades por urgência.

> Não começamos os arranques de ensaio enquanto não tivermos a certeza de que a componente de rotação dá a maior parte do nível e a sua fase se repete. Num rotor de alta velocidade, uma massa de ensaio ao acaso não é uma hora perdida, é um risco.

Sources: [Manual de operação Balanset-1A](https://vibromera.eu/balanset-1a-operation-manual/)

## O que realmente se equilibra no local

Abaixo estão os planos com os quais trabalhamos num grupo de compressor sem intervir na parte de fluxo. A lista é mais curta do que gostaríamos, mas cada item é operacional.

- Impulsor em consola de uma máquina de um só andar, através de uma escotilha aberta ou da proteção retirada, pelos orifícios roscados de origem do disco.
- A metade do acoplamento e os parafusos de equilibragem nela. Depois da reparação do acoplamento, a origem de uma componente de rotação elevada está muitas vezes precisamente aqui.
- A extremidade livre do veio e o anel de equilibragem de origem, se a construção os previr.
- O rotor do motor elétrico de acionamento. Uma máquina à parte, com o seu próprio acesso e os seus próprios planos, e a sua equilibragem por vezes resolve a tarefa por completo.
- A polia e o volante de inércia em grupos com acionamento por correia.
- O ventilador do arrefecedor de óleo e o ventilador de refrigeração do motor. Um pormenor que estraga com segurança os números em todo o chassis.

> A equilibragem é o último passo, não o primeiro. Primeiro a fixação e o pé mole (assentamento imperfeito do pé da máquina no chassis), depois o alinhamento de eixos, depois uma nova medição. O desalinhamento é a causa, o alinhamento de eixos é a ação, e esta ordem não pode ser alterada.

Sources: [Especificações do fabricante Balanset-1A](https://vibromera.eu/product/balanset-1/)

## Onde paramos e o dizemos em voz alta

Uma parte significativa dos rotores de compressores centrífugos não se equilibra no local, mas sim em condições especializadas, em equipamento de equilibragem e segundo o programa do fabricante, muitas vezes com aceleração até às rotações de trabalho. Isto não é uma precaução nossa, mas sim física e regulamento. Avisamos disto antes da deslocação, não depois.

No local, nestes casos, somos úteis de outra forma. A medição com amplitude, fase, espectro e desaceleração responde à pergunta principal: se a questão é sequer o desequilíbrio. Frequentemente não é, e nesse caso um rotor retirado teria ido para a oficina em vão.

- Rotor multi-andar em carcaça bipartida, e qualquer rotor em carcaça em barril: os planos de correção estão dentro da parte de fluxo.
- Veios-pinhão de alta velocidade de uma máquina com multiplicador integrado.
- Rotor flexível acima da primeira crítica: é necessária uma equilibragem por modos de vibração a várias velocidades.
- O fabricante proíbe a intervenção, e não existem locais de equilibragem de origem no rotor.
- O rotor está danificado: veio empenado, fissura ou erosão grave do impulsor, vedante destruído. Primeiro a reparação.
- Não é possível levar a máquina a um regime de trabalho estável para o arranque de controlo, ou as rotações oscilam.
- A causa é processual: surge, descolamento rotativo, pulsações de pás, funcionamento longe do ponto de projeto.
- Zona com risco de explosão ou ambiente quente, onde não é possível um acesso seguro ao plano durante o funcionamento.

> O que se resolve no local e o que só na oficina, tratámo-lo num material à parte sobre a escolha entre a equilibragem no local e na oficina. Para as máquinas de compressor, a fronteira passa pelo acesso ao plano e pelo comportamento do rotor, não pelo tamanho da máquina.

## Relatório, preço e preparação

Separamos a avaliação do estado e o resultado da equilibragem. O programa diz «dentro da tolerância» quando a componente de rotação residual está abaixo do valor-alvo definido. O estado do grupo avalia-se segundo a parte aplicável da ISO 20816, com o registo da edição, dos pontos, da faixa de frequências, do regime e do tipo de apoios. A qualidade da equilibragem do rotor avalia-se pelo desequilíbrio residual e pela classe de precisão segundo a ISO 21940. São três tolerâncias diferentes, e não as misturamos.

o vibrodiagnóstico com relatório custa 300 EUR por unidade, a equilibragem acresce desde 250 EUR, a fatura mínima por visita é de 500 EUR. O total depende do número de rotores e de planos, da distância ao local e do tempo de acesso. O cálculo exato é dado pela calculadora no site; depois de uma breve conversa, confirmamos o valor. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocamo-nos a todo o Portugal. Trabalham engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset e que também equilibram com eles no local.

- [x] Tipo de máquina: de um só andar em consola, multi-andar com carcaça bipartida, carcaça em barril, com multiplicador integrado.
- [x] Rotações de cada veio e relação de transmissão do multiplicador.
- [x] Número de pás dos impulsores.
- [x] Tipo de apoios de chumaceira e existência de proxímetros de origem com os respetivos limiares.
- [x] Números de vibração atuais, pontos e direções de medição, histórico dos últimos meses.
- [x] Exigências do fabricante quanto à intervenção no rotor e aos locais de instalação das massas.
- [x] Regime: caudal, pressão à entrada e na descarga, posição da válvula anti-surge, temperatura do gás.
- [x] Fotografias da máquina com os apoios, o acoplamento, a escotilha e o acionamento.
- [x] A janela em que a máquina pode ser parada, e a morada do local.

> Se, pelos dados e pelas fotografias, se vir que a tarefa não se resolve no local, dizemo-lo por escrito. Uma visita desnecessária não compensa nenhuma das partes, e uma deslocação apenas para uma medição só se justifica quando a medição resolve mesmo a questão.

Sources: [ISO 20816-1:2016](https://www.iso.org/standard/63180.html) · [ISO 21940-11:2016](https://www.iso.org/standard/54074.html)

## Perguntas frequentes

**É possível equilibrar no local o rotor de um compressor centrífugo multi-andar?**

Praticamente não. Os impulsores estão dentro da carcaça e montados com interferência, os planos de correção estão dentro da parte de fluxo, e numa máquina com carcaça em barril não há acesso nenhum. Estes rotores equilibram-se em condições especializadas, segundo o programa do fabricante. No local, medimos, encontramos as velocidades críticas na desaceleração, separamos o desequilíbrio, o redemoinho de óleo, o desalinhamento e as causas processuais, e equilibramos o que está acessível pelo exterior: a metade do acoplamento, a extremidade livre do veio, o rotor do motor de acionamento.

**Temos uma máquina com multiplicador, com vibração no veio de alta velocidade. O que se pode fazer?**

O veio-pinhão de alta velocidade não se equilibra no local: as rotações são dezenas de milhares por minuto, a tolerância é rigorosa, e não há acesso ao impulsor. Fazemos outra coisa. Colocamos a marca e o sensor de fase no veio em concreto, associamos cada linha do espectro à sua frequência de rotação, separamos a frequência de engrenamento da transmissão com bandas laterais da componente de rotação e da frequência de passagem das pás. No final, percebe se se trata de desequilíbrio, de desgaste da transmissão ou de um apoio. A equilibragem da linha de baixa velocidade e do acionamento fazemo-la, entretanto, de imediato.

**No espectro há um pico subsíncrono perto de 0,45 das rotações. É desequilíbrio?**

Não. O desequilíbrio vive exatamente na frequência de rotação. Um pico aproximadamente entre 0,4 e 0,5 das rotações, numa máquina com chumaceiras de deslizamento, é um redemoinho de óleo, uma instabilidade da película de óleo. As causas estão na folga, na viscosidade e na temperatura do óleo, na pressão de alimentação, na carga sobre o apoio. A equilibragem não o remove e ainda mascara a degradação do apoio. Verifique em separado se o pico acompanha as rotações. Se ficou preso perto da primeira velocidade crítica e está a crescer, já é um chicote de óleo, e a máquina precisa de ser parada.

**A vibração cresce quando reduzimos o caudal. A equilibragem ajuda?**

Quase de certeza que não. A dependência do regime é um sinal de causa processual. Perto do limite de estabilidade aparece o descolamento rotativo na parte de fluxo e no difusor, e mais além o surge, com inversão do fluxo e oscilações de pressão em todo o sistema. Aqui atuam o ponto de trabalho, a regulação anti-surge e a tubagem. O desequilíbrio é indiferente à válvula: dá a mesma componente de rotação e a mesma fase em qualquer regime.

**Quantas paragens são necessárias e quanto tempo demora?**

Um plano de correção exige um arranque inicial e um de ensaio; dois planos exigem o inicial e dois de ensaio, mais o de controlo. Entre arranques, a máquina é parada, a pressão é aliviada, e o acesso ao plano é aberto para reposicionar a massa. Uma visita de diagnóstico sem equilibragem cabe num único arranque com desaceleração. O calendário real é ditado pelo seu regulamento de paragem e pelo tempo de abertura da escotilha, não pela medição, por isso acordamos a janela com antecedência.

**Até que nível reduzem a vibração e como o comprovam?**

Definimos o valor-alvo para a componente de rotação antes de começar o trabalho, e registamo-lo no relatório. O estado geral da máquina avalia-se segundo a parte aplicável da ISO 20816, com edição, pontos, faixa de frequências e regime fixados, e a qualidade da equilibragem do rotor, pelo desequilíbrio residual e pela classe de precisão segundo a ISO 21940. Prometer um número concreto de antemão seria desonesto: ele é limitado pelo estado dos apoios, pelo acesso aos planos, pela proximidade da velocidade crítica e pelo contributo das causas processuais. O que é alcançável, dizemo-lo depois da medição inicial e da desaceleração.